磁旋转编码器传感器系统的屏蔽系统技术方案

技术编号:20499329 阅读:15 留言:0更新日期:2019-03-03 02:56
本发明专利技术公开了一种用在机器(16)的包含磁噪声场(14)的环境(12)中的磁旋转编码器传感器系统(22)的屏蔽系统(72)。旋转编码器传感器系统(22)包括磁传感器(24)、极轮(26),并且优选地包括极轮载体(32),其中极轮(26)在圆周方向(U)上包括磁极交替且用于产生有用场的多个永磁体(28)。极轮载体(32)被构造为以旋转固定的方式安装至轴向延伸的旋转机器轴(30),借助于旋转编码器传感器系统(22)确定机器轴(30)的旋转速度和/或角度位置,当旋转编码器传感器系统(22)被组装时,磁传感器(24)直接与极轮(26)相对并且定位在极轮(26)的旋转平面(36)中,该磁传感器能够被与机器轴(30)相关的噪声场影响。屏蔽系统(72)包括:至少一个磁导偏转元件(74),偏转元件优选地固定到机器,偏转元件(74)形成为和尺寸设计为使得:当噪声场(14)有效时,在安装状态下,建立基本上没有噪声场的测量容积(76),磁传感器(24)和永磁体(28)中的用于产生可评估的有用场(38)的那些永磁体至少与测量容积(76)相邻。

Shielding System of Sensor System of Magnetic Rotary Encoder

The invention discloses a shielding system (72) of a magnetic rotary encoder sensor system (22) used in a machine (16) environment (12) containing a magnetic noise field (14). The rotary encoder sensor system (22) includes a magnetic sensor (24), a polar wheel (26), and preferably a polar wheel carrier (32), wherein the polar wheel (26) comprises a plurality of permanent magnets (28) with alternating magnetic poles in the circumferential direction (U) and for generating useful fields. The pole wheel carrier (32) is constructed as a rotating machine shaft (30) which is fixed in rotation to extend axially. The rotating speed and/or angular position of the machine shaft (30) are determined by means of the rotary encoder sensor system (22). When the rotary encoder sensor system (22) is assembled, the magnetic sensor (24) is directly opposite to the pole wheel (26) and positioned in the rotating plane (36) of the pole wheel (26), and the magnetic transmission is realized. The sensor can be affected by the noise field associated with the machine shaft (30). The shielding system (72) includes at least one magnetic conductivity deflection element (74), which is preferably fixed to the machine, deflection element (74) formed into and dimensionally designed such that, when the noise field (14) is valid, a measuring volume (76), a magnetic sensor (24) and a permanent magnet (28) which are used to generate an assessable useful field (38) are established in the installation state, basically without noise field. At least adjacent to the measured volume (76).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁旋转编码器传感器系统的屏蔽系统
本专利技术涉及一种用于机器环境中的磁旋转编码器传感器系统的(磁作用)屏蔽系统,例如在具有磁制动器的电动马达的环境中,该磁制动器包括(强)磁噪声或产生噪声信号的杂散场,其中该旋转编码器传感器系统包括磁传感器、极轮,并且优选地包括极轮载体。
技术介绍
诸如马达的电动机器在操作期间导致电磁噪声场,该电磁噪声场可以取决于电动机器尤其是磁制动器的性能等级对电子附件或设备的功能有显著的影响。在磁操作的旋转编码器传感器系统中将看到示例性电子附件。磁旋转编码器传感器系统通常包括磁传感器、环形极轮,并且优选地包括套筒状极轮载体,如将在下面更详细地解释。极轮或者以旋转固定的方式直接安装到机器轴上,或者经由极轮载体安装到机器轴上。磁传感器以几毫米的距离布置在那里。磁传感器(即传感器头)可以例如通过霍尔传感器、AMR传感器、GMR传感器或TMR传感器实现。通常,xMR传感器基于不同的效果。然而,xMR传感器有以下共同点:它们依赖外部磁场改变它们的电阻;它们通常通过简单的无源电阻(半)桥实现,该无源电阻(半)桥在接通电源电压后几乎立即(即无惯性地)提供可评估信号;并且它们可以通过相应的结构配置为高电阻。即使在今天旋转编码器传感器系统的这种磁传感器没有在电动机器的直接环境中使用,因为极轮的磁有用场被噪声场重叠,这使得不可能根据信号合理地评估磁有用场。由极轮(该极轮用作材料测量)提供的有用场可以通过磁传感器扫描,但是因为该有用场被噪声场重叠而不能被评估。用于电动机器的附加附件,例如弹簧力制动器,额外地或单独地防止磁旋转编码器传感器系统的使用。弹簧力制动器通过集成线圈而被电磁地致动并用于物体需要减速或保持不动的区域。制动力通过压力弹簧产生,因此在能量供应失败的情况下也可以获得由摩擦产生的制动扭矩。然而,在正常操作中制动器导致强磁噪声场,该强磁噪声场以无用的方式扭曲旋转编码器传感器系统的磁有用场。由于非常紧凑和有限的安装空间,旋转编码器传感器系统通常可以仅仅被布置在弹簧力制动器附近,由于制动器和旋转编码器传感器系统之间的足够的距离,噪声场不能被削弱。因此,目前磁传感器不能与这种应用一起使用。迄今为止,基于不同功能原理的传感器与这种应用一起使用。大多数时候使用光学传感器。通常,这些光学传感器更加昂贵,并且如果尚未以封装的方式提供,那么易受污染影响,然而,封装又会增加价格。光学旋转编码器系统需要的安装空间明显大于磁旋转编码传感器系统其中之一的安装空间。文献DE102016002387A1公开了一种磁屏蔽传感器装置。文献US2014/0084757A1公开了一种旋转电动机器。文献US2014/0070649A1公开了一种包括安装结构的分解器。文献JP2014-87122A公开了一种旋转电动机器。
技术实现思路
因此,本专利技术的一个目的是允许在磁干扰环境中使用磁旋转编码器传感器系统。该解决方案在制造方面便宜和在使用(如安装)方面简单。该方案应该可用于不同的环境(不同的电动机器,不同的电子附件,不同的强噪声场,不同的安装空间等)。本目的通过用于机器环境中磁旋转编码器传感器系统的屏蔽系统解决,例如在电动马达的环境中,该电动马达的环境中存在磁噪声场。旋转编码器传感器系统包括磁传感器和极轮,该极轮尤其是环形的。旋转编码器传感器系统可以进一步包括极轮载体。极轮在其圆周方向上包括磁极交替(即至少一个北极和一个南极)且用于产生有用场的多个永磁体。极轮载体配置为以旋转固定的方式安装在机器的轴向延伸的旋转轴上或安装在机器轴上,其中机器轴的旋转速度和/或角度位置借助于旋转编码器传感器系统确定。在旋转编码器传感器系统的安装状态下,磁传感器在极轮的旋转平面中定位成远离机器轴,该磁传感器被噪声场影响,并直接与极轮相对。屏蔽系统包括至少一个偏转元件,优选地是机器固定的,该偏转元件形成为和尺寸设计为使得在屏蔽系统的安装状态下建立基本上没有噪声场的测量容积。基本上没有噪声场意味着该噪声场具有如下的场强,该场强不干扰旋转编码器传感器系统的平稳操作,并且特别地允许有用场的可靠的检测和评估。当噪声场有效时,磁传感器(特别是其传感器头)和永磁体中的用于产生可评估的有用场的那些永磁体基本上定位在没有噪声场的测量容积中或者与所述测量容积直接相邻。因此,本解决方案的特征在于:借助于偏转元件(例如弯曲部件、转动部件等),这些偏转元件优选地是磁导的,将由制动线圈和/或电动马达造成的磁噪声场引导为围绕如下的空间区域(即测量容积),磁传感器在该空间区域中测量并且必须测量材料测量(极轮)的有用场。偏转元件的几何形状和材料取决于各自目前的局部环境,并且因此可以因为环境变化或因为应用变化而不同。这意味着几何形状和材料将适应于各自的环境。由于磁场不能被减弱或吸收,噪声场被重定向使得噪声场不影响待测量的有用场。这意味着至少噪声场的导致待测量的有用场的分量失真的这些分量被重定向。在这种情况下,不要求噪声场100%被“移出”测量容积外。容许可忽略的小的平行于旋转编码器传感器系统的测量方向延伸的噪声场分量。例如垂直于旋转编码器传感器系统的优选的测量方向被取向的噪声场分量是可忽略的,因为有用场(在优选的测量方向上)不受这些噪声场分量的影响。因此,“无噪声场”的测量容积可以绝对地包括噪声场分量,该噪声场分量甚至相对于总量而言较大,只要这些分量被定向为足够地偏离(优选地垂直于)旋转编码器传感器系统的优选的测量方向。然而,通常在布置了磁传感器的情况下,在极轮的圆周表面区域中,实现了噪声场分布的充分改变。优选地,所述至少一个偏转元件被布置成使得该至少一个偏转元件围绕测量容积(空间地),从而通过所述至少一个偏转元件将噪声场的被设置为几乎平行于所述磁传感器的测量方向的分量引导为围绕所述测量容积,并且从而保留用于所述旋转极轮和所述极轮载体的通道,如果使用极轮载体的话。因此,该至少一个偏转元件与法拉第笼类似地形成,其内部没有电场,在其内部只存在在当前情况下被处理的磁场和在测量容积的内部通过极轮产生的有用场。极轮由于其与机器轴旋转固定的连接而旋转,因此必须提供使得周围偏转元件穿过的通道。在这种情况下,优选地布置和选择相应的通道开口,使得该通道开口被取向为沿噪声场的不会(或不能)影响有用场的分量取向。在进一步的优选的实施例中,提供第一偏转元件并优选地提供第二偏转元件。该第一(和第二)偏转元件优选地形成板形。该第一和第二偏转元件分别平行于机器轴延伸,其中该第一偏转元件径向布置在机器轴和极轮之间,并且其中该第二偏转元件可以径向布置在极轮和磁传感器的外部。该实施例中特别地假定噪声场(在传感器平面中)从机器轴基本上垂直地突出。极轮同心地位于机器轴上。磁传感器以距极轮最小的距离(例如0.5至5mm,取决于极轮单个极的长度)位于该极轮的外部。由于在机器轴和极轮之间的第一偏转元件的径向定位,噪声场的主要分量在入口侧被引导为围绕测量容积。在这种配置中,噪声场几乎垂直地撞击在第一偏转元件上。第一偏转元件体现为一些烈性的保护壁,该保护壁用于极轮的与有用场和磁传感器相关的部件。第二偏转元件可以可选地被布置在出口侧,并且优选地平行于第一偏转元件取向。由第一偏转元件重定向的噪声场分量从第二偏转元件引出以用于再次整合到噪声本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种用在机器(16)的包含磁噪声场(14)的环境(12)中的磁旋转编码器传感器系统(22)的屏蔽系统(72),其中所述旋转编码器传感器系统(22)包括磁传感器(24)、极轮(26),并且优选地包括极轮载体(32),其中极轮(26)在圆周方向(U)上包括磁极交替且用于产生有用场的多个永磁体(28),其中极轮载体(32)被构造为以旋转固定的方式安装至轴向延伸的旋转机器轴(30),借助于旋转编码器传感器系统(22)确定机器轴(30)的旋转速度和/或角度位置,其中磁传感器(24)在旋转编码器传感器系统(22)相对于机器轴(30)的安装状态下定位在极轮(26)的旋转平面(36)中,该磁传感器能够被噪声场影响,并磁传感器(24)直接与极轮(26)相对,其中所述屏蔽系统(72)包括:至少一个磁导的、优选地机械固定的偏转元件(74),所述至少一个偏转元件(74)形成为和尺寸设计为使得:当噪声场(14)有效时,在所述安装状态下,建立基本上没有噪声场的测量容积(76),磁传感器(24)和永磁体(28)中的用于产生可评估的有用场(38)的那些永磁体至少与所述测量容积(76)相邻。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.27 DE 102017106479.61.一种用在机器(16)的包含磁噪声场(14)的环境(12)中的磁旋转编码器传感器系统(22)的屏蔽系统(72),其中所述旋转编码器传感器系统(22)包括磁传感器(24)、极轮(26),并且优选地包括极轮载体(32),其中极轮(26)在圆周方向(U)上包括磁极交替且用于产生有用场的多个永磁体(28),其中极轮载体(32)被构造为以旋转固定的方式安装至轴向延伸的旋转机器轴(30),借助于旋转编码器传感器系统(22)确定机器轴(30)的旋转速度和/或角度位置,其中磁传感器(24)在旋转编码器传感器系统(22)相对于机器轴(30)的安装状态下定位在极轮(26)的旋转平面(36)中,该磁传感器能够被噪声场影响,并磁传感器(24)直接与极轮(26)相对,其中所述屏蔽系统(72)包括:至少一个磁导的、优选地机械固定的偏转元件(74),所述至少一个偏转元件(74)形成为和尺寸设计为使得:当噪声场(14)有效时,在所述安装状态下,建立基本上没有噪声场的测量容积(76),磁传感器(24)和永磁体(28)中的用于产生可评估的有用场(38)的那些永磁体至少与所述测量容积(76)相邻。2.根据权利要求1所述的屏蔽系统(72),其中所述至少一个偏转元件(74)被布置成使得所述至少一个偏转元件(74)包围所述测量容积(76),从而通过所述至少一个偏转元件(74)将噪声场(14)的被设置为几乎平行于所述磁传感器(24)的测量方向(40)的分量引导为围绕所述测量容积(76),并且从而保留用于所述旋转极轮(26)和所述极轮载体(32)的通道(86)。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的屏蔽系统(72),其中设置第一偏转元件(74-1),并且优选地设置第二偏转元件(74-2),所述第一偏转元件(74-1)和所述第二偏转元件(74-2)分别平行于机器轴(30)纵向地延伸,并且其中所述第一偏转元件(74-1)径向地布置在机器轴(30)和极轮(26)之间,并且其中所述第二偏转元件(74-2)径向地布置在所述极轮(26)和所述磁传感器(24)的外部。4.根据权利要求3所述的屏蔽系统(72),其中还设置第三偏转元件(7...

【专利技术属性】
技术研发人员:克里斯蒂安·甘瑟弗雷德·欣茨菲利普·贝克尔维克托·斯坦纳
申请(专利权)人:弗里茨库伯勒公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

相关技术
    暂无相关专利
网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1